JP5932283B2 - Wireless communication apparatus, communication method, and program - Google Patents
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Description
本発明は、アダプティブアレイアンテナによって形成される互いに異なる指向性パターンを切り替えて通信を行う無線通信装置、通信方法、及びプログラムに関する。 The present invention relates to a wireless communication apparatus, a communication method, and a program for performing communication by switching different directivity patterns formed by an adaptive array antenna.
ミリ波無線通信は、高速・大容量の無線通信を実現する技術のひとつである。ミリ波帯の電波は直進性が強いという特性があるため、伝搬経路内に人体などの遮蔽物が侵入した場合に通信が切断されやすいという課題がある。この課題に対して、無線送信器と無線受信器の間の異なる複数の伝搬経路を用いてデータを伝送する手法が従来試みられてきた。 Millimeter-wave wireless communication is one of the technologies for realizing high-speed and large-capacity wireless communication. Since the millimeter-wave band has a characteristic that it is highly straight, there is a problem that communication is easily disconnected when a shield such as a human body enters the propagation path. In order to solve this problem, a method of transmitting data using a plurality of different propagation paths between a wireless transmitter and a wireless receiver has been conventionally attempted.
特許文献1では、直接波と1つ以上の反射波をそれぞれ適切な強度で同時に受信する方式が提案されている。この方式によると、1つの伝搬経路が途切れた場合であっても、他の伝搬経路から電波が到来するため、必要な受信強度を維持することができる。しかしながら、複数の伝搬経路からの電波を同時に受信するため、無線送信器と無線受信器の設置環境によっては、周波数選択性フェージングの影響が許容できなくなることが新たな課題となる。 Patent Document 1 proposes a method of simultaneously receiving a direct wave and one or more reflected waves at an appropriate intensity. According to this method, even when one propagation path is interrupted, radio waves arrive from other propagation paths, so that necessary reception strength can be maintained. However, since radio waves from a plurality of propagation paths are received simultaneously, it becomes a new problem that the influence of frequency selective fading cannot be allowed depending on the installation environment of the wireless transmitter and the wireless receiver.
その他の方式としては、図1に示すようにアダプティブアレイアンテナを備えた無線送信器110および無線受信器120を含む無線通信システムにおいて、指向性パターンを切り替えながら同一の元データから生成した信号を繰り返し伝送する方式がある。例えば、直接波方向にメインローブをもつ指向性パターンを第1の送信指向性パターン111および第1の受信指向性パターン131とする。また、壁などの反射物150による一回反射で電波が到来する方向にメインローブをもつ指向性パターンを第2の送信指向性パターン112および第2の受信指向性パターン132とする。これらの2組の指向性パターンを用いて信号を繰り返し伝送することで、通信の冗長性を向上することができる。
As another method, as shown in FIG. 1, in a wireless communication system including a
このような無線通信システムでは、データ伝送に先立ってテスト信号を伝送し、その受信強度を観測する。これにより、第1の送信指向性パターン111および第1の受信指向性パターン131と、第2の送信指向性パターン112および第2の受信指向性パターン132とを選択することができる。しかしながら、反射物150が存在しない方向をメインローブとする指向性パターンを用いる場合であっても、直接波方向のサイドローブレベルが大きい場合には、直接波を十分に大きい電力で送受信できることとなる。そのため、図2に示すように、直接波方向に比較的大きいサイドローブを持つ指向性パターンが、第2の送信指向性パターン112および第2の受信指向性パターン132として選択される場合がある。このような事象は、反射物150との距離が比較的遠く、反射物150方向にメインローブをもつ指向性パターンで、反射波を比較的小さい電力でしか送受信できない場合に、特に生じやすくなる。
In such a wireless communication system, a test signal is transmitted prior to data transmission, and the reception intensity is observed. Thereby, the first
この場合、第2の送信指向性パターン112および第2の受信指向性パターン132を用いた通信は、直接波方向のサイドローブによって行われることになる。そのため、直接波方向に遮蔽物が侵入した場合、第1の送信指向性パターン111および第1の受信指向性パターン131での通信と、第2の送信指向性パターン112および第2の受信指向性パターン132での通信が同時に途切れてしまうことが問題となる。
In this case, communication using the second
また、指向性パターンのトレーニングのために許容される時間の制約と、アダプティブアレイアンテナに備えられる移相器の分解能などの実装上の制約とから、メインローブとなり得る方向は離散的になる。そのため、メインローブの極大点が直接波方向に最も近いが幾らか外れている指向性パターンよりも、サイドローブの極大点が直接波方向に一致する指向性パターンの方が、受信電力が大きくなる場合がある。この場合は、前述の問題とは逆に、第1の送信指向性パターン111および第1の受信指向性パターン131での通信が、直接波方向のサイドローブで行われる。さらに、メインローブの極大点が直接波方向に最も近い指向性パターンが、第2の送信指向性パターン112および第2の受信指向性パターン132として選択されると、結局は2組の指向性パターンが両方とも直接波を用いて通信を行うこととなる。このため、直接波が遮蔽されるなどの事象で1つの通信経路に障害が発生すると、2組の指向性パターンでの通信が同時に途切れる場合があった。
In addition, directions that can be main lobes are discrete due to time constraints allowed for training of directivity patterns and implementation constraints such as resolution of phase shifters provided in the adaptive array antenna. Therefore, the directional pattern in which the maximum point of the side lobe coincides with the direct wave direction has a higher received power than the directivity pattern in which the local maximum point of the main lobe is closest to the direct wave direction but somewhat deviated There is a case. In this case, contrary to the above-described problem, communication using the first
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、異なる指向性パターンによって複数の通信経路を利用する技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a technology that uses a plurality of communication paths with different directivity patterns.
上記課題を解決するために、本発明による無線受信装置は、アンテナによって形成される互いに異なる指向性パターンを切り替えて相手装置と通信可能な無線通信装置であって、前記相手装置との無線通信に用いる複数の指向性パターンの候補それぞれに対して信号を送信又は受信することにより、前記相手装置との無線通信に用いる第1の指向性パターンを選択する第1の選択手段と、前記第1の指向性パターンとは異なる指向性パターンであって、少なくとも前記第1の指向性パターンのメインローブの方向にサイドローブを有する指向性パターンが除外された複数の指向性パターンの候補それぞれに対して、信号を送信又は受信し、当該信号の通信品質に基づいて、前記相手装置との無線通信に用いる第2の指向性パターンを選択する第2の選択手段と、前記第1の指向性パターンと前記第2の指向性パターンとを切り替えて前記相手装置と無線通信を行う通信手段と、を備える。
In order to solve the above-described problem, a wireless reception device according to the present invention is a wireless communication device that can communicate with a partner device by switching different directivity patterns formed by antennas, and for wireless communication with the partner device. First selection means for selecting a first directivity pattern used for wireless communication with the counterpart device by transmitting or receiving a signal to each of a plurality of directivity pattern candidates to be used; and For each of a plurality of directional pattern candidates that are different from the directional pattern and that excludes a directional pattern having side lobes in the direction of the main lobe of the first directional pattern. sending or receiving a signal, based on the communication quality of the signal, selecting a second directional pattern used for wireless communication with the partner device Comprising a second selecting means, and communication means for the remote device wireless communication by switching between the first directivity pattern and the second directional pattern.
本発明によれば、複数の指向性パターンでの通信が途切れる可能性を低減し、通信の信頼性を向上させることができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the possibility that communication with a plurality of directivity patterns is interrupted, and to improve the reliability of communication.
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
<<実施形態1>>
(無線通信システム)
図3は、本実施形態における無線通信システムの構成例を示す図である。無線送信器110は、同一の元データから生成される複数の信号をそれぞれ異なる時間で送信する。なお、この複数の信号は、例えば、元データを複数に分割して生成した信号、元データを符号化率と変調方式の少なくとも一方を異ならせて波形形成した信号、又は元データから生成した同一の信号である。なお、以下の例では2つの場合について説明し、3つ以上の場合については実施形態3で説明する。
<< Embodiment 1 >>
(Wireless communication system)
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a wireless communication system in the present embodiment. The
無線受信器120は、複数の受信指向性パターン(図の例では実線で表される第1の受信指向性パターン131と破線で表される第2の受信指向性パターン132の2つ)を形成して、上述の2つの信号を受信する。なお、以下では、混同がない限り、第1の受信指向性パターン131を第1の指向性パターン131と、第2の受信指向性パターン132を第2の指向性パターン132と呼ぶ。さらに、無線受信器120は、受信された2つの信号に対して所定の処理を施すことによって受信データを得る。ここで、所定の処理とは、例えば、2つの信号を復調して得られたデータを結合する処理、或いは2つの信号を重み付けして合成した後に復調する処理である。なお、第1の指向性パターン131は、第1の方向121にメインローブを形成する受信指向性パターンである。また、第2の指向性パターン132は、第1の方向121にヌルを形成し、第2の方向122にメインローブを形成する受信指向性パターンである。なお、ヌルの受信利得および送信利得は、所望の通信品質を達成することに対して影響がない程度に小さければ、完全にゼロである必要はない。
The
なお、無線送信器110及び無線受信器120は、通信の相手方であることを明確にするための記述であり、実際には、1つの無線通信装置に無線送信器110及び無線受信器120の両方の機能が備えられてもよい。また、無線通信装置は、無線送信器110又は無線受信器120のいずれかのみを備えていてもよい。
Note that the
(通信フレームの構成)
次に、本実施形態における通信フレームの構成例について図4を参照して説明する。無線送信器110は、所定の規範に従って割り当てられたタイムスロットにおいて、フレーム401〜403を送信する。フレーム401〜403は、第1サブフレーム411と第2サブフレーム412とによって構成される。第1サブフレーム411と第2サブフレーム412は、同一の元データから生成される信号によって構成される。無線受信器120は、第1サブフレーム411を第1の指向性パターン131で受信し、第2サブフレーム412を第2の指向性パターン132で受信する。なお、無線受信器120における第1の指向性パターン131と第2の指向性パターン132との切り替えの時間を考慮して、第1サブフレーム411と第2サブフレーム412との間にガードタイムを設けてもよい。また、使用する受信指向性パターンの数に応じて複数のサブフレームを用意してもよい。また、通常用いる指向性パターンと、予備的に用いる指向性パターンとを用意し、通常用いる指向性パターンの通信品質が劣化した場合に予備の指向性パターンを用いて通信を行う場合は、フレームをサブフレームに分割しなくてもよい。
(Composition of communication frame)
Next, a configuration example of a communication frame in the present embodiment will be described with reference to FIG. The
(受信ヌルテーブル)
次に、本実施形態の無線受信器120に備えられる受信ヌルテーブル500について、図5を参照して説明する。受信ヌルテーブル500は、第2の指向性パターン132を定める際にヌルに設定する範囲を管理するテーブルである。無線受信器120が垂直方向および水平方向に指向性を制御する場合には、受信ヌルテーブル500は、垂直方向と水平方向の2次元のテーブルとなる。また、無線受信器120が垂直方向或いは水平方向の一方のみの指向性を制御する場合には、受信ヌルテーブル500は、1次元のテーブルとしてもよい。
(Reception null table)
Next, the reception null table 500 provided in the
受信ヌル範囲510は、受信用の第2の方向122を選択する際、又は第2の方向122を再選択する際に、設定される。第2の指向性パターン132は、受信ヌル範囲510にヌルを形成すると共に、第2の方向122にメインローブをもつ受信指向性パターンとして定められる。
The reception
(無線受信器の構成)
図10は、本実施形態の無線受信器120の構成例を示すブロック図である。受信アダプティブアレイアンテナ1001は、受信指向性パターンを可変させて無線信号を受信する受信部であり、受信した無線信号を受信PHY1002に出力する。受信アダプティブアレイアンテナ1001は、受信指向性パターンを可変制御するための不図示のビーム形成制御部を有していてもよい。また、そのビーム形成制御部の役割は、後述の受信器制御部1004が果たしてもよい。受信PHY1002は、受信アダプティブアレイアンテナ1001から入力された信号を復調して受信データを得る、物理レイヤの信号処理を行う機能ブロックである。受信データは、受信器側外部インターフェース1003へ出力される。受信器側外部インターフェース1003は、受信PHY1002から入力された受信データを適切な形式に変換して、無線受信器120に接続された外部デバイスに出力する。受信器制御部1004は無線受信器120全体の動作を制御する。受信状態観測部1005は、第1のトレーニング信号の受信状態(S710〜S712)と第2のトレーニング信号の受信状態(S810〜S812)とを観測する。受信器側RAM1006はパラメータやデータを一時的に格納する。受信ヌルテーブル500は、受信器側RAM1006に記憶される。受信器側ROM1007は、無線受信器120のプログラムや不揮発性のパラメータを格納する。
(Configuration of wireless receiver)
FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration example of the
(受信指向性パターンの決定方法)
次に、本実施形態における第2の指向性パターン132を形成する方法の一例について説明する。アダプティブアレイアンテナのアンテナ素子数をKとして、アンテナウェイトベクトルWを次式で定義する。
wkはk番目のアンテナ素子のアンテナウェイトである。k番目のアンテナ素子で受信した信号にアンテナウェイトwkが乗算することにより、受信信号の振幅と位相を制御する。
(Reception directivity pattern determination method)
Next, an example of a method for forming the
w k is the antenna weight of the k-th antenna element. The signal received by the k-th antenna element is multiplied by the antenna weight w k to control the amplitude and phase of the received signal.
また、素子指向性を考慮に含めて、アレイ応答ベクトルVを次式で定義する。
vk(θ,φ)はk番目のアンテナ素子のアレイ応答である。vk(θ,φ)の振幅および位相は、アダプティブアレイアンテナから水平方向にθ、垂直方向にφの方向から到来した電波の基準点とk番目のアンテナ素子での振幅差と位相差をそれぞれ表す。
Further, the array response vector V is defined by the following equation in consideration of element directivity.
v k (θ, φ) is an array response of the k-th antenna element. The amplitude and phase of v k (θ, φ) are the difference in amplitude and phase at the reference point of the radio wave arriving from the adaptive array antenna in the horizontal direction θ and in the vertical direction φ and the kth antenna element, respectively. Represent.
このとき、第2の指向性パターン132を形成するアンテナウェイトベクトルWは、一例として、次の行列Xの最大固有値に対応する固有ベクトルで与えられる。
ただし、RはK行K列の行列であり、そのi行j列成分は次式で定義される。
ここで
は、関数f(θ,φ)の受信ヌル範囲510における数値積分を意味し、f*(θ,φ)は関数f(θ,φ)の複素共役を意味する。
At this time, the antenna weight vector W forming the
However, R is a matrix of K rows and K columns, and its i row and j column components are defined by the following equations.
here
Means the numerical integration of the function f (θ, φ) in the reception
また、IをK行K列の単位行列とすると、Nは次式で定義される。
ここで、σは正の実数であり、受信ヌル範囲510からの受信電力の大きさに影響するパタメータである。σを大きい値に設定するほど、受信ヌル範囲510からの受信電力は大きくなる。
If I is a unit matrix of K rows and K columns, N is defined by the following equation.
Here, σ is a positive real number, and is a parameter that affects the magnitude of the reception power from the reception
また、第2の方向122の垂直成分をθ2、水平成分をφ2とすると、Sは次式で定義される。
ここで、ZHは行列Zの複素共役転置行列を意味する。
Further, if the vertical component in the
Here, Z H means a complex conjugate transpose matrix of the matrix Z.
上記の例で定められる第2の指向性パターン132は、次の評価関数gを最大にする指向性パターンである。
ただし、疑似雑音電力は上述のσの値である。
The
However, the pseudo noise power is the value of σ described above.
なお、所望の通信品質を達成可能な程度に第2の方向122の受信電力が大きく、かつ受信ヌル範囲510からの受信電力が小さければ、Xの2番目以降に大きい固有値に対応する固有ベクトルをアンテナウェイトベクトルWとしてもよい。
If the reception power in the
(無線通信システムの動作)
次に、本実施形態における無線通信システムの動作について図6を参照して説明する。まず、複数の第1の受信方向の候補の中から受信用の第1の方向121を選択する(S601)。ここで、受信用の第1の方向121の選択動作について図7を用いて説明する。なお、第1の受信方向の候補の数をAとして、第1の受信方向の候補をそれぞれa1,a2,…,aAと表すものとする。
(Operation of wireless communication system)
Next, the operation of the wireless communication system in the present embodiment will be described with reference to FIG. First, the reception
無線送信器110は、第1のトレーニング信号を連続的に送信する(S710〜S712)。なお、1つの第1のトレーニング信号の送信が完了した後、連続して次の第1のトレーニング信号を送信してもよいし、所定の時間を空けた後に次の第1のトレーニング信号を送信するようにしてもよい。
The
無線受信器120は、a1方向にメインローブを有する受信指向性パターンを形成し(S700)、第1のトレーニング信号を受信する(S710)。同様に、無線受信器120は、a2方向にメインローブを有する受信指向性パターンを形成し(S701)、第1のトレーニング信号を受信する(S711)。以下同様にして、無線受信器120は、a1〜aAのそれぞれについて、その方向にメインローブを有する指向性パターンを形成し(S700〜S702)、第1のトレーニング信号を受信する(S710〜S712)。第1のトレーニング信号は、例えば、IEEE802.15.3c AV/PHYのHRP Preambleに準拠した信号であってもよい。
全ての第1の受信方向の候補に対して第1のトレーニング信号を受信すると、無線受信器120は、第1のトレーニング信号の通信品質(信号の受信品質)が最良であった受信方向を第1の方向121として選択する(S720)。例えば、無線受信器120は、受信強度が最大となった受信方向を受信用の第1の方向121として選択する。無線受信器120は、第1の方向121の選択を完了すると、その旨を無線送信器110へ通知する(S721)。ここで、第1の受信方向の選択完了の通知には、指向性制御のためのトレーニングを必要としない通信方法を用いるのが好ましく、例えば、IEEE802.15.3c AV/PHY LRPを用いてもよい。以上のように、まず、いずれの方向にもヌルを形成する必要のない状態で複数の受信指向性パターンを形成し、その中から最良の通信品質を得られるものを選択する。これにより、例えば直接波の到来方向など、最良の通信品質を確保できる受信方向を決定することができる。なお、本説明では、通信品質が最良な受信方向を受信用の第1の方向121として選択するが、無線通信が可能な通信品質のうちの所定の閾値を上回る受信方向のうちの1つを選択してもよい。すなわち、例えば、全ての第1の受信方向の候補に対して、通信品質が所定の閾値を上回るかを検査し、閾値を上回った候補の中から受信用の第1の方向121を決定してもよい。
When the first training signal is received for all the candidates for the first reception direction, the
図6に戻り、S601に続いて、複数の第2の受信方向の候補の中から第2の方向122を選択する(S602)。ここで、第2の方向122の選択動作について図8を用いて説明する。なお、第2の受信方向の候補の数をBとして、第2の受信方向の候補をそれぞれb1,b2,…,bBと表すものとする。また、第1の方向121の垂直成分をθ1、水平成分をφ1と表すものとする。
Returning to FIG. 6, following S601, the
無線受信器120は、第1の方向121とその周辺を、受信ヌル範囲510に設定する(S800)。例えば、無線受信器120は、受信ヌル範囲510の垂直方向の範囲をθ1−dv/2〜θ1+dv/2と設定する。また、無線受信器120は、受信ヌル範囲510の水平方向の範囲をφ1−dh/2〜φ1+dh/2と設定する。ここで、dvとdhは、それぞれ垂直方向と水平方向のヌルの幅を定めるパラメータである。
The
無線送信器110は、第2のトレーニング信号を連続的に送信する(S810〜S812)。なお、1つの第2のトレーニング信号の送信が完了した後、連続して次の第2のトレーニング信号を送信してもよいし、所定の時間を空けた後に次の第2のトレーニング信号を送信するようにしてもよい。
The
無線受信器120は、受信ヌル範囲510をヌルとする条件の下で、b1方向にメインローブを有する受信指向性パターンを形成し(S801)、第2のトレーニング信号を受信する(S810)。同様に、無線受信器120は、受信ヌル範囲510をヌルとする条件の下で、b2方向にメインローブを有する送信指向性パターンを形成し(S802)、第2のトレーニング信号を受信する(S811)。以下同様にして、無線受信器120は、受信ヌル範囲510をヌルとする条件の下で、b1〜bBのそれぞれについて、その方向にメインローブを有する受信指向性パターンを形成する(S801〜S803)。そして、無線受信器120は、形成した受信指向性パターンで第2のトレーニング信号を受信する(S810〜S812)。第2のトレーニング信号は、例えば、IEEE802.15.3c AV/PHYのHRP Preambleに準拠した信号であってもよい。
The
全ての第2の受信方向の候補に対して第2のトレーニング信号を受信すると、無線受信器120は、第2のトレーニング信号の受信状態が最良であった方向を第2の方向122として選択する(S820)。例えば、無線受信器120は、受信強度が最大となった受信方向を第2の方向122として、そしてその第2の方向122にメインローブを有する指向性パターンを第2の指向性パターンとして選択する。無線受信器120は、第2の方向122の選択が完了すると、その旨を無線送信器110に通知する(S821)。ここで、第2の方向122の選択完了の通知には、指向性制御のためのトレーニングを必要としない通信方法を用いるのが好ましく、例えば、IEEE802.15.3c AV/PHY LRPを用いてもよい。このように、S602では、先に選択された受信方向へヌルを有する複数の受信指向性パターンについて第2のトレーニング信号を受信し、その中で最良の通信品質を確保できるものを選択する。これにより、先に選択された受信方向にサイドローブがない受信指向性パターンを確実に選択することができる。さらに、その受信指向性パターンを用いることにより、先に選択された受信方向に対応する通信経路以外の通信経路を経て受信された信号のうち、最良の通信品質を得られるものを特定して通信を行うことができる。この結果、複数の通信経路のうち、いくつかが遮断されたとしても、通信を継続することができるようになる。なお、本説明では、先に選択された受信方向へヌルを有する複数の受信指向性パターンのうち、通信品質が最良な受信指向性パターンを選択したが、無線通信が可能な通信品質のうちの所定の閾値を上回る受信指向性パターンの1つを選択してもよい。すなわち、例えば、全ての第2の受信方向の候補に対して、通信品質が所定の閾値を上回るかを検査し、閾値を上回った候補の中から受信用の第2の方向122を決定してもよい。
When the second training signal is received for all the second reception direction candidates, the
図6に戻り、S602に続いて、第1の指向性パターン131と第2の指向性パターン132の冗長性を確認する(S603)。S603での確認結果として冗長性が不十分であると判断した場合には、受信用の第2の方向122を再選択する。ここで、2つの受信指向性パターンの冗長性の確認動作について、図9を参照して説明する。
Returning to FIG. 6, following S602, the redundancy of the
無線送信器110は、冗長性チェック信号を送信する(S911)。冗長性チェック信号(S911)は、例えば、IEEE802.15.3c AV/PHYのHRP Preambleに準拠した信号である。なお、冗長性のチェックとは、通信相手との間で複数の通信路を確保できているかをチェックする。
The
無線受信器120は、第2の方向122の周辺をヌルとする条件の下で、第1の方向121にメインローブをもつ受信指向性パターンを形成し(S901)、冗長性チェック信号を受信する(S911)。例えば、垂直方向の第2の方向122がθ2の場合、垂直方向の受信指向性パターンのヌル範囲をθ2−dv/2〜θ2+dv/2とする。同様に、水平方向の第2の方向122がφ2の場合、水平方向の受信指向性パターンのヌル範囲をφ2−dh/2〜φ2+dh/2とする。そして、この条件の下で、第1の方向121にメインローブを有する受信指向性パターンを形成する。すなわち、受信用の選択された方向の1つ(第1の方向121)にメインローブを有し、その他の選択された方向(第2の方向122)にヌルを有する受信指向性パターンを形成する。
The
無線受信器120は、冗長性チェック信号の通信品質を予め定められた所定の品質と比較し、その所定の品質を上回るか否か、すなわち、冗長性が十分であるか或いは不十分であるかを確認する(S920)。例えば、通信品質が所定の閾値を上回っていれば冗長性が十分であると判断し、そうでなければ不十分と判断する。そして、無線受信器120は、冗長性判断結果を無線送信器110に通知する(S921)。冗長性判断結果の通知では、指向性制御のためのトレーニングを必要としない通信方法を用いるのが好ましく、例えば、IEEE802.15.3c AV/PHY LRPを用いてもよい。この冗長性チェックは、本実施形態では、第1の方向121にメインローブを有する受信指向性パターンにおいて第2の方向122にヌルを形成すると、通信品質を満足できなくなる場合があるため、行われるものである。冗長性チェックでは、上述の通り、最後に選択した方向以外の方向にメインローブを有し、最後に選択した受信用の方向を含む他の方向にヌルを有する受信指向性パターンを用いた場合の信号の通信品質を検査し確認する。この通信品質が所定の品質を満足すれば、選択された方向のそれぞれが異なる受信経路を経た信号を受信できることとなる。このようにして選択した方向の全てについて検査を行い、検査により所定の品質以上の通信品質を得られた指向性パターンを形成して通信することで、複数の受信経路のうち、いくつかが切断しても、通信を継続することが可能となる。
The
無線送信器110は、S921において、冗長性が不十分である旨を通知された場合には、受信用の第2の方向122の再選択を開始する(S902)。例えば、第2の方向122の再選択を実行するため、無線送信器110は、第2のトレーニング信号の送信を開始する。ここで、第2の方向122の再選択では、図8のS800において、第1の方向121又はその周辺および第2の方向122又はその周辺を、受信ヌル範囲510として再設定してもよい。例えば、垂直方向にθ1−dv/2〜θ1+dv/2とθ2−dv/2〜θ2+dv/2を受信ヌル範囲510としてもよい。同様に、水平方向にφ1−dh/2〜φ1+dh/2とφ2−dh/2〜φ2+dh/2を受信ヌル範囲510としてもよい。これにより、最後に選択した方向が再選択されないように指向性パターンの候補を再形成することができる。
If the
また、1回目の選択において第1の方向121の周辺を受信ヌル範囲510として設定した受信指向性パターンの複数の候補を記憶しておき、冗長性が不十分となった候補を再選択の候補から除外するようにしてもよい。これにより、再選択において冗長性が不十分な候補が再度選択されることを防ぐことができる。なお、この場合、受信指向性パターンの複数の候補は、使用する受信指向性パターンが確定するまで、無線受信器120の記憶部に記憶される。なお、乗算されるアンテナウェイトを記憶することにより、受信指向性パターンの候補を記憶することができる。また、受信指向性パターンの候補は、その候補が過去に選択されたことがあるかの情報と関連付けて記憶する。これにより、過去に冗長性が不十分となった候補を識別することが可能となる。また、冗長性が不十分となった候補については、記憶部から情報を削除するようにしてもよい。
In addition, in the first selection, a plurality of candidates for the reception directivity pattern in which the periphery of the
図6に戻り、冗長性確認(S603)が完了すると、無線送信器110は、データ伝送を開始する(S604)。無線送信器110は、無線受信器120に対して、フレーム401〜403を送信する。なお、無線受信器120は、データ伝送開始後に、受信用の第1の方向121と第2の方向122の一方又は両方を再選択してもよい。その場合は、無線受信器120は、再選択を行う旨を無線送信器110へ通知してもよい。
Returning to FIG. 6, when the redundancy check (S603) is completed, the
<<実施形態2>>
実施形態1では、無線受信器の受信指向性パターンをサブフレーム毎に切り替えていた。本実施形態では、無線送信器の送信指向性パターンをサブフレーム毎に切り替える。本実施形態における通信フレームの構成は実施形態1と同様である。本実施形態について図11を用いて説明する。
<< Embodiment 2 >>
In the first embodiment, the reception directivity pattern of the wireless receiver is switched for each subframe. In the present embodiment, the transmission directivity pattern of the wireless transmitter is switched for each subframe. The configuration of the communication frame in the present embodiment is the same as that in the first embodiment. This embodiment will be described with reference to FIG.
図11は、本実施形態における無線通信システムの構成例を示す図である。無線送信器110は、同一の元データから生成される2つの送信信号を、第1サブフレーム411と第2サブフレーム412においてそれぞれ送信する。無線送信器110は、第1サブフレーム411を第1の送信指向性パターン111で送信し、第2サブフレーム412を第2の送信指向性パターン112で送信する。
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration example of a wireless communication system in the present embodiment. The
なお、第1の送信指向性パターン111は、送信用の第1の方向101にメインローブを形成する指向性パターンである。第2の送信指向性パターン112は、第1の方向101またはその周辺にヌルを形成すると共に、送信用の第2の方向102にメインローブを形成する指向性パターンである。第2の送信指向性パターン112は、例えば、実施形態1と同様に、(式3)で定義されるXの最大固有値に対応する固有ベクトルをアンテナウェイトとして用いることで、形成される。
The first
無線送信器110の通信の相手方装置である無線受信器120は、実施形態1と同様に、受信された2つの信号に対して所定の処理を施すことによって受信データを得る。また、無線受信器120は、実施形態1と同様に、第1サブフレーム411を第1の指向性パターン131で受信し、第2サブフレーム412を第2の指向性パターン132で受信してもよい。
As in the first embodiment, the
送信用の第1の方向101は、複数の送信用の第1の方向の候補の中から選択される。例えば、図7と同様にして、以下のように選択する。無線送信器110は、送信用の第1の方向の複数の候補の各々をメインローブとする送信指向性パターンで第1のトレーニング信号を連続的に送信する(S710〜S712)。無線受信器120は、受信状態が最もよい第1のトレーニング信号の送信方向を第1の方向101として選択し、選択した送信用の第1の方向101を無線送信器110に通知する。無線受信器120は、第1のトレーニング信号の送信方向を知らない場合は、受信した第1のトレーニング信号の個数をカウントし、受信状態が最良となる第1のトレーニング信号が何番目に受信されたものであるかを無線送信器110へ通知してもよい。このようにして、まず、ヌルを形成する制約のない状態で、直接波方向など、最良の通信品質を確保できる送信用の第1の方向101を選択する。これにより、例えば無線送信器110と通信の相手方装置である無線受信器120との間で通常用いる送信方向を定めることが可能となる。なお、通信品質が最良でない場合のものを選択しなくてもよく、所定の品質を満たす送信方向を送信用の第1の方向101として選択してもよい。すなわち、送信方向の候補の全てに対して、通信品質が所定の品質を上回るかを検査し、通信品質が所定の品質を上回る送信方向から、送信用の第1の方向101を選択してもよい。
The
また、無線受信器120は、第1の指向性パターン131と第2の指向性パターン132を使用してもよい。この場合、送信用の第1の方向の候補と第1の受信方向の候補の全てのペアに対して、第1のトレーニング信号の受信状態を観測する(S710〜S712)。そして、通信品質が最良の送信方向と受信方向を、送信用の第1の方向101と受信用の第1の方向121のペアとして選択する。なお、通信品質が最良でない場合のものを選択しなくてもよく、所定の品質を満たす送信方向と受信方向とを送信用の第1の方向101と受信用の第1の方向121のペアとして選択してもよい。すなわち、送信方向と受信方向とのペアの候補の全てに対し、通信品質が所定の品質を上回るかを検査し、通信品質が所定の品質を上回るペアの中から、送信用の第1の方向101と受信用の第1の方向121のペアを選択してもよい。
The
送信用の第2の方向102は、複数の送信用の第2の方向の候補の中から選択される。例えば、図8と同様にして、以下のように選択する。無線送信器110は、送信用の第1の方向101とその周辺を送信ヌル範囲に設定する。さらに、無線送信器110は、送信ヌル範囲をヌルとする条件の下で、送信用の第2の方向の候補の各々をメインローブとする送信指向性パターンで第2のトレーニング信号を連続的に送信する(S810〜S812)。無線受信器120は、受信状態が最もよい第2のトレーニング信号の送信方向を第2の方向102として選択し、選択した送信用の第2の方向102を無線送信器110に通知する。無線受信器120は、第2のトレーニング信号の送信方向を知らない場合は、受信した第2のトレーニング信号の個数をカウントし、受信状態が最良となる第2のトレーニング信号が何番目に受信されたものであるかを無線送信器110へ通知してもよい。このようにして、先に選択された送信方向へヌルを有する複数の送信指向性パターンの中から、相手方装置である無線受信器120で最良の通信品質を確保できるものを選択する。これにより、先に選択された送信方向に対してはサイドローブがない送信指向性パターンを確実に選択することができる。さらに、その送信指向性パターンを用いることにより、先に選択された受信方向に対応する通信経路以外の通信経路を経て受信された信号のうち、最良の通信品質を得られるものを特定して通信を行うことができる。この結果、複数の通信経路のうち、いくつかが遮断されたとしても、通信を継続することができるようになる。
The second direction for
また、無線受信器120は、第1の指向性パターン131と第2の指向性パターン132を使用する場合、送信用の第2の方向の候補と受信用の第2の方向の候補の全てのペアに対して、第2のトレーニング信号の受信状態を観測する(S810〜S812)。そして、受信状態が最良の送信方向と受信方向を、送信用の第2の方向102と受信用の第2の方向122のペアとして選択する。なお、通信品質が最良でない場合のものを選択しなくてもよく、所定の品質を満たす送信方向と受信方向とを送信用の第2の方向102と受信用の第2の方向122のペアとして選択してもよい。すなわち、送信方向と受信方向とのペアの候補の全てに対し、通信品質が所定の品質を上回るかを検査し、通信品質が所定の品質を上回るペアの中から、送信用の第2の方向102と受信用の第2の方向122のペアを選択してもよい。
In addition, when using the
送信用の第1の方向101と送信用の第2の方向102の選択が完了した後に、第1の送信指向性パターン111と第2の送信指向性パターン112の冗長性を確認する。また、その結果として冗長性が不十分と判断した場合には、送信用の第2の方向102を再選択する。冗長性の確認は、例えば、図9と同様にして、以下のように実行する。
After the selection of the
無線送信器110は、送信用の第2の方向102の周辺をヌルとする条件の下で、送信用の第1の方向101にメインローブをもつ送信指向性パターンを形成し、冗長性チェック信号を送信する(S911)。無線受信器120は、冗長性チェック信号の通信品質を予め定められた閾値と比較し、冗長性が十分であるか或いは不十分であるかを判断する(S920)。冗長性が不十分であると判断した場合には、送信用の第1の方向101の周辺および再選択前の送信用の第2の方向の周辺を送信ヌル範囲として設定して指向性パターンを再形成し、送信用の第2の方向102を再選択する(S902)。
The
無線受信器120が、第1の指向性パターン131と第2の指向性パターン132を使用する場合は、例えば、送信用の第1の方向101のペアとなる受信用の第1の方向121にメインローブを有する受信指向性パターンを形成して冗長性を確認する。なお、この場合、送信用の第2の方向102のペアとなる受信方向122においてヌルを形成するようにする。そして、冗長性が不十分であると判断した際には、送信用の第2の方向102および受信用の第2の方向122を再選択する。
When the
この冗長性チェックは、本実施形態では、送信用の第1の方向101にメインローブを有する送信指向性パターンにおいて送信用の第2の方向にヌルを形成すると、通信の相手方装置である無線受信器120において通信品質を満足できなくなる場合があるため実行される。冗長性チェックでは、上述の通り、最後に選択した送信方向以外の送信方向にメインローブを有し、最後に選択した送信方向を含む他の送信方向にヌルを有する送信指向性パターンを用いた場合の、無線受信器120における信号の通信品質を確認する。この通信品質が所定の品質を満足すれば、選択された送信方向のそれぞれから送出された信号が、異なる経路を経て無線受信器120で受信できることとなり、複数の経路のうちいくつかが切断しても、通信を継続することが可能となる。
In the present embodiment, this redundancy check is performed when a null is formed in the second direction for transmission in the transmission directivity pattern having the main lobe in the
図12は、本実施形態の無線通信システムにおける無線送信器110の構成例を示すブロック図である。送信器側外部インターフェース1203は、無線送信器110に接続された外部デバイスから入力された送信データを適切な形式に変換して、送信PHY1202に出力する。送信PHY1202は、送信器側外部インターフェース1203からの入力信号を変調して、送信アダプティブアレイアンテナ1201に出力する。送信アダプティブアレイアンテナ1201は、送信指向性パターンを可変させて、送信PHY1202から入力された信号を送信する。なお、送信アダプティブアレイアンテナ1201は、送信指向性パターンの可変制御を実行するための不図示のビーム形成制御部を含んでいてもよい。また、ビーム形成制御部の機能は後述の送信器制御部1204が果たしてもよい。送信器制御部1204は、無線送信器110全体の動作を制御する。送信器側RAM1205は、パラメータやデータを一時的に格納する。送信用の第2の方向を定めるのに用いる送信ヌルテーブルは、送信器側RAM1205に構成される。送信器側ROM1206は、無線送信器110のプログラムや不揮発性のパラメータを格納する。
FIG. 12 is a block diagram illustrating a configuration example of the
<<実施形態3>>
実施形態1および実施形態2では、無線受信器および/或いは無線送信器は、2つの指向性パターンでデータを伝送していた。本実施形態では、複数(M個(M>2))の指向性パターンでデータを伝送する場合について説明する。説明を簡単にするために、無線受信器120のみで指向性制御を行う場合について述べる。無線送信器110のみで指向性制御を行う場合、および無線受信器120と無線送信器110の両方で指向性制御を行う場合についても、同様に指向性パターンを確立できることは実施形態2から明らかである。
<< Embodiment 3 >>
In the first embodiment and the second embodiment, the wireless receiver and / or the wireless transmitter transmits data with two directivity patterns. In the present embodiment, a case where data is transmitted with a plurality (M (M> 2)) directivity patterns will be described. In order to simplify the description, a case where directivity control is performed only by the
無線送信器110は、同一の元データから生成されるM個の信号を、それぞれ異なる時間で送信する(M>2)。ここで、m番目に送信される信号をサブスロットmと呼ぶ(1≦m≦M)。無線受信器120は、受信用の第1〜第m−1の方向又はその周辺をヌルとする条件下で、第mの方向にメインローブをもつ受信指向性パターンを形成し、サブスロットmを受信する。このような指向性パターンは、例えば、実施形態1と同様に、(式3)で定義されるXの最大固有値に対応する固有ベクトルをアンテナウェイトとして用いることにより形成することができる。
The
図13は本実施形態における無線通信システムのフローの例を示す図である。まず、実施形態1と同様にして、第1の指向性パターン131を選択し、第2の指向性パターン132を選択し、第1の指向性パターン131と第2の指向性パターン132の冗長性を確認する(S601〜S603)。また、冗長性が不十分であると判断した場合には、受信用の第2の方向122を再選択する。
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a flow of the wireless communication system in the present embodiment. First, as in the first embodiment, the
続いて、無線受信器120は、以下のようにして第mの受信指向性を選択する(S1301)。ここで、無線送信器110は第mのトレーニング信号を連続的に送信しているものとする。無線受信器120は、受信用の第1〜第m−1の方向又はその周辺をヌルとする条件下で、受信用の第mの方向の候補の各々をメインローブとする受信指向性パターンを形成し、第mのトレーニング信号を受信する。そして、第mのトレーニング信号の受信状態に基づいて受信用の第mの方向を選択する。
Subsequently, the
受信用の第mの方向を選択した後に、無線受信器120は、以下のようにして第1〜m−1の受信指向性パターン131と第mの受信指向性パターンの冗長性を確認する(S1302)。なお、無線送信器110は、冗長性チェック信号をm−1回繰り返し送信する。これは、受信用の第mの方向又はその周辺にヌルを形成しながら受信用の第1〜m−1の方向のそれぞれにメインローブを有する受信指向性パターンを形成し、そのパターンのそれぞれについて冗長性をチェックするからである。無線受信器120は、受信用の第2〜mの方向又はその周辺にヌルを形成しながら、第1の方向121にメインローブを有する受信指向性パターンを形成し、図9のS911と同様に、1回目の冗長性チェック信号を受信する。同様に、受信用の第1〜l−1及び第l+1〜mの方向又はその周辺にヌルを形成しながら、第lの方向(1≦l≦m−1)にメインローブをもつ受信指向性パターンを形成し、l回目の冗長性チェック信号を受信する。無線受信器120は、m−1回受信した冗長性チェック信号の受信状態を予め定められた閾値と比較し、冗長性が十分であるか或いは不十分であるかを判断する。1回でも冗長性が不十分であると判断した場合には、受信用の第1〜mの方向又はその周辺と再選択前の第mの方向又はその周辺を受信ヌル範囲として再設定して指向性パターンを再形成し、第mの方向、すなわち最後に選択した方向を再選択する。以下同様の手順を繰り返して、第1〜第Mの受信指向性パターンを確定させ、その受信指向性パターンを用いてデータ伝送を行う(S1303)。
After selecting the m-th direction for reception, the
このようにすることにより、多数のパスを利用可能となり、利用可能なパスのうち、いくつかが遮蔽物などにより切断されても、通信を継続することが可能となる。なお、上記各実施形態において説明した、ヌルの受信利得および送信利得は、所望の通信品質を達成することに対して影響がない程度に小さければ、完全にゼロである必要はない。同様に、メインローブの受信利得および送信利得は、所望の通信品質を達成することに対して影響がない程度に大きければ、指向性パターンの中で受信電力が最大でなくても良い。 In this way, a large number of paths can be used, and communication can be continued even if some of the available paths are cut off by a shield or the like. It should be noted that the null reception gain and transmission gain described in each of the above embodiments need not be completely zero as long as they do not affect the achievement of the desired communication quality. Similarly, the reception power of the main lobe may not be the maximum in the directivity pattern as long as the reception gain and the transmission gain of the main lobe are large enough to have no influence on achieving the desired communication quality.
なお、以上の説明は、本発明の実施形態の一例であり、本発明が本実施の形態に限定されるわけでないことは言うまでもないことである。 In addition, the above description is an example of embodiment of this invention, and it cannot be overemphasized that this invention is not necessarily limited to this embodiment.
<<その他の実施形態>>
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。
<< Other Embodiments >>
The present invention can also be realized by executing the following processing. That is, software (program) that realizes the functions of the above-described embodiments is supplied to a system or apparatus via a network or various storage media, and a computer (or CPU, MPU, or the like) of the system or apparatus reads the program. It is a process to be executed.
Claims (11)
前記相手装置との無線通信に用いる複数の指向性パターンの候補それぞれに対して信号を送信又は受信することにより、前記相手装置との無線通信に用いる第1の指向性パターンを選択する第1の選択手段と、
前記第1の指向性パターンとは異なる指向性パターンであって、少なくとも前記第1の指向性パターンのメインローブの方向にサイドローブを有する指向性パターンが除外された複数の指向性パターンの候補それぞれに対して、信号を送信又は受信し、当該信号の通信品質に基づいて、前記相手装置との無線通信に用いる第2の指向性パターンを選択する第2の選択手段と、
前記第1の指向性パターンと前記第2の指向性パターンとを切り替えて前記相手装置と無線通信を行う通信手段と、
を備えることを特徴とする無線通信装置。 A wireless communication device that can communicate with a partner device by switching different directivity patterns formed by an antenna,
A first directivity pattern used for radio communication with the counterpart device is selected by transmitting or receiving a signal to each of a plurality of directivity pattern candidates used for radio communication with the counterpart device. A selection means;
A plurality of directional pattern candidates each having a directional pattern different from the first directional pattern and excluding directional patterns having side lobes in the direction of the main lobe of the first directional pattern. A second selection means for transmitting or receiving a signal and selecting a second directivity pattern used for wireless communication with the counterpart device based on the communication quality of the signal ;
Communication means for performing wireless communication with the counterpart device by switching between the first directivity pattern and the second directivity pattern;
A wireless communication apparatus comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載の無線通信装置。 The first selection unit selects the first directivity pattern based on communication quality of a signal transmitted or received for each of a plurality of directivity pattern candidates.
The wireless communication apparatus according to claim 1.
ことを特徴とする請求項2に記載の無線通信装置。 The first selection means selects, as the first directivity pattern, a directivity pattern having the best communication quality of a signal transmitted or received for each of a plurality of directivity pattern candidates.
The wireless communication apparatus according to claim 2.
ことを特徴とする請求項2に記載の無線通信装置。 The first selection means selects, as the first directivity pattern, a directivity pattern in which the communication quality of a signal transmitted or received for each of a plurality of directivity pattern candidates exceeds a predetermined threshold value.
The wireless communication apparatus according to claim 2.
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の無線通信装置。 The first selecting means reselects the first directivity pattern based on the communication quality of the signal transmitted or received by the second directivity pattern selected by the second selecting means;
The wireless communication device according to claim 1, wherein the wireless communication device is a wireless communication device.
ことを特徴とする請求項1に記載の無線通信装置。 The second selection means selects, as the second directivity pattern, a directivity pattern having the best communication quality of a signal transmitted or received for each of a plurality of directivity pattern candidates.
The wireless communication apparatus according to claim 1 .
ことを特徴とする請求項1に記載の無線通信装置。 The second selection means selects, as the second directivity pattern, a directivity pattern in which the communication quality of a signal transmitted or received with respect to each of a plurality of directivity pattern candidates exceeds a predetermined threshold value.
The wireless communication apparatus according to claim 1 .
ことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の無線通信装置。 In the second selection means, a plurality of directional pattern candidates from which directional patterns having side lobes in the main lobe direction of the first directional pattern are excluded are the first directional pattern candidates. A directional pattern with a null in the direction of the main lobe,
The wireless communication apparatus according to any one of claims 1 7, characterized in that.
ことを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の無線通信装置。 The signal transmitted or received by the first selection means and the second selection means is a training signal.
The wireless communication apparatus according to any one of claims 1 8, characterized in that.
前記相手装置との無線通信に用いる複数の指向性パターンの候補それぞれに対して信号を送信又は受信することにより、前記相手装置との無線通信に用いる第1の指向性パターンを選択する第1の選択工程と、
前記第1の指向性パターンとは異なる指向性パターンであって、少なくとも前記第1の指向性パターンのメインローブの方向にサイドローブを有する指向性パターンが除外された複数の指向性パターンの候補それぞれに対して、信号を送信又は受信し、当該信号の通信品質に基づいて、前記相手装置との無線通信に用いる第2の指向性パターンを選択する第2の選択工程と、
前記第1の指向性パターンと前記第2の指向性パターンとを切り替えて前記相手装置と無線通信を行う通信工程と、
を有することを特徴とする通信方法。 A communication method in a wireless communication device that can communicate with a partner device by switching different directivity patterns formed by an antenna,
A first directivity pattern used for radio communication with the counterpart device is selected by transmitting or receiving a signal to each of a plurality of directivity pattern candidates used for radio communication with the counterpart device. A selection process;
A plurality of directional pattern candidates each having a directional pattern different from the first directional pattern and excluding directional patterns having side lobes in the direction of the main lobe of the first directional pattern. In contrast, a second selection step of transmitting or receiving a signal and selecting a second directivity pattern used for wireless communication with the counterpart device based on the communication quality of the signal ;
A communication step of performing wireless communication with the counterpart device by switching between the first directivity pattern and the second directivity pattern;
A communication method characterized by comprising:
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